2FZ200型撒肥机结构设计与性能检测*

林 羽 ， 陈中武 ， 何 林 ， 岳丹丹

（1.广东省农业技术推广中心，广东 广州 510515； 2.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630）

0 引言

在农业生产中长期使用化学肥料可能造成土壤中某些营养元素的残留、土壤板结以及农产品质量下降等问题。而有机肥的撒施均采用人工完成，此方法存在劳动强度大、效率低且撒肥不均等问题。为降低长期使用化肥的潜在风险，降低有机肥撒施劳动强度大的现状，采用撒肥机进行农业作业是有效途径[1-3]。

欧美发达国家对撒肥机的研究较早，鉴于其农田地块大、种植相对集中等农艺特点，其撒肥机的研究方向更偏向于大马力的牵引式机型。近年来，中国农业机械化科学研究院、新疆农垦科学院机械装备研究所、中国农业大学、华中农业大学等科研单位在消化吸收国外先进技术的同时，综合我国农田特点，从撒肥机结构、抛撒效率、抛撒均匀性等方面对撒肥机进行研究[4-7]。

为提高广东丘陵地带农田管理水平，降低人工施肥劳动强度。本文基于机器总体结构、工作原理，对2FZ200型自走式撒肥机关键零部件进行了设计与选型，并对撒肥机进行了性能检测。

1 总体阐述

1.1 总体结构

2FZ200型撒肥机为履带自走式撒肥机，主要用于在牵引式撒肥机无法作业的温室、果园、松软地面、狭小苗圃等地方进行堆肥及土壤改良材料的抛撒作业。本机主要由行走底盘系统、肥料抛撒系统以及操纵系统组成，总体结构如图1所示。行走底盘系统包括变速箱总成、履带轮系、动力单元以及驾驶员座垫；肥料抛撒系统主要包括左右抛撒盘、输送链总成以及传动齿轮等部件；操纵系统主要包括机器行驶操纵机构、有机肥抛撒操纵机构以及出肥量调节操纵机构。

图1 2FZ200型撒肥机总体结构

1.2 工作原理

2FZ200型撒肥机的行走底盘系统负责承载撒肥机各部件、搭载驾驶员进行有机肥抛撒工作以及接受发动机传递的动力，驱动撒肥机进行前进、后退及转向作业；肥料抛撒系统负责有机肥的传递与抛撒，可将肥料均匀地撒向田间；通过操纵系统可实现撒肥机左右转向、行走离合、油门调节、驻车制动以及撒肥机构开闭的控制。

1.3 技术参数

课题组根据撒肥机的应用环境与工作要求调研，分析出撒肥机采用前置双圆盘撒布式抛撒型，肥料输送采用链板推送式，结构形式为履带自走式，肥料出口方向为机器前方。该机主要技术参数如表1所示。

表1 2FZ200型撒肥机主要参数

2 关键零部件的设计与选型

2.1 行走底盘系统

行走底盘系统主要包括履带行走装置、行走变速箱、发动机和驾驶员座垫，如图2所示。行走底盘系统的动力来源于发动机，经变速箱减速增扭后传递到驱动轮，驱动履带底盘行走。

1）履带行走装置的设计。履带行走装置负责驱动机器行走以及承载地面来的载荷冲击，主要由1组驱动轮、3组支重轮、1组导向轮、1组履带、张紧螺杆和机架等部件组成，如图2所示。本机采用的轮齿式履带，具有良好的通过性、行走平稳、接地比压小、对路面的损伤小等特点，能更好地适应温室、果园等松软地面环境下的工作。该机履带宽度为180 mm，履带轨距为440 mm，节距为60 mm，节数为30节，驱动轮直径为185 mm，支重轮直径为160 mm，张紧轮直径为220 mm。

图2 2FZ200型撒肥机行走底盘系统图

2）行走变速箱的选型。本文涉及的2FZ200型撒肥机采用的手动变速箱具有2个前进挡位、1个后退挡位。通过操纵变速箱手柄可对变速箱传动比进行改变，从而改变发动机传递到变速箱的转速与转矩，使撒肥机可以满足不同路况、不同工作模式下驱动牵引力的要求[8]。本文设计的撒肥机属于低速履带行走系统，满足不同速度下的使用要求，该撒肥机采用了具有2个前进挡与1个后退挡的手动变速箱，设计各挡位行进速度如表2所示，变速箱三维效果如图3所示。

表2 2FZ200型撒肥机各挡位作业速度表

图3 2FZ200型撒肥机变速箱三维示意图

2.2 肥料抛撒系统

肥料抛撒系统主要由输送装置、抛撒装置以及中间传动机构等组成。肥料抛撒装置的工作原理是在机器前行过程中，通过输送装置将肥料从肥箱的各个部位输送到机器后部的抛撒装置，然后由做旋转运动的圆盘机构均匀地将肥料抛撒到地面。肥料抛撒系统结构如图4所示。

图4 2FZ200型撒肥机肥料抛撒系统结构图

1）输送装置。刮板式输送和螺旋输送为常见的两种机械式输送形式[9]。刮板式输送装置具有适用范围广、结构简单、运送能力强以及输送平稳等特点；而螺旋式输送装置有输送死角，螺旋揽龙之间易出现残余物料。因此，本设计选择比较适合的刮板式输送装置。

2）抛撒装置。肥料抛撒系统中的抛撒装置是撒肥机的关键部件，直接影响着施肥撒播的均匀性与工作宽幅[10]。常见肥料抛撒装置按照结构可以分为圆盘式和螺旋式。圆盘式抛撒装置是利用圆盘旋转时产生的离心力将肥料撒出，其具有抛撒均匀、工作幅宽大、结构简单可靠的特点；螺旋式抛撒装置的优点是结构简单可靠，有较好的破碎功能，对有机肥的适应性好，最大缺点是撒肥宽度较窄。为满足抛撒均匀性以及足够距离的抛撒宽幅，本设计采用圆盘式抛撒装置。

圆盘式抛撒装置上的拨肥叶片数量会对肥料抛撒均匀性产生一定影响，叶片数量过少会降低抛撒质量，不利于分散肥料；叶片数量过多会因为肥料的黏性阻碍排肥，一般设计中叶片数量为2~6个，本设计中采用拨肥叶片数量为4个。

2.3 操纵系统

操纵系统包括前进/后退换挡手柄、左右转向把手、出料口开度调节手柄、肥料抛撒离合操纵装置等。通过对手柄的操纵，可实现包括换挡、左右转向、油门开度、出料口开度以及肥料抛撒状态的调节。

肥箱内的有机肥通过排肥传动装置输送到撒肥传动装置处，撒肥装置将有机肥抛撒在田间，通过操纵装置对肥箱、肥料抛撒装置进行操控，同时操纵装置控制底盘行走机构转动带动撒肥机向前移动，实现边撒肥边移动。

3 性能检测

3.1 试验条件

1）试验前，样机处于连续正常工作状态。试验样机和配套动力按照使用说明书的规定进行安装、调整，技术状态良好，驾驶员驾驶技术熟练。

2）试验地选择平整、光洁、硬实的泥土地面。

3）试验使用物料应满足样机作业要求的球状复合肥料。

4）试验过程中，在距地面高1.5 m处测量的风速，应不大于3 m/s，且撒肥机的前进方向应尽可能与风向相反。

5）试验前，记录测试抛撒物名称、抛撒物形状、抛撒物容重、抛撒物尺寸直径。抛撒物容重、尺寸测定时，在物料存放处取样，容重测定3次，取平均值；尺寸测定10次，取平均值。

3.2 试验指标

撒肥机的性能检测主要是检验机器是否达到技术指标要求。检验的指标包括：最大载重量、抛撒宽度以及抛撒作业效率。

1）最大载重量。撒肥机的肥料箱应均匀装载200 kg的物料，从干硬、平坦路面驶入20%（11°18＇）的坡道，坡道长度不小于5 m，如果可以稳定通过，则整机最大载重量合格。

2）抛撒宽度。试验前，将200 kg的肥料加入肥料箱。试验时，样机停驶，使抛撒机处于正常抛撒作业状态下，直至抛撒最边缘处的肥料与地面能形成明显的界线。测量测区内抛撒肥料左右两侧最外端之间的距离，重复3次，每次测3点，结果取平均值。

3）抛撒作业效率。将100 kg试验物料全部抛撒完毕，记录抛撒纯工作时间，计算作业面积，按式（1）计算抛撒作业效率。

式中，E为抛撒作业效率，单位为hm²/h；S0为测区面积，单位为m2；t为纯工作时间，单位为h。

经性能测验得，2FZ200型撒肥机主要性能指标如表3所示。

表3 2FZ200型撒肥机主要性能指标

4 结论

课题组针对肥料撒施劳动强度大、工作效率低等问题，研制一款可乘坐的自走式履带撒肥机，以提高肥料抛撒均匀性，降低人工施肥劳动强度。首先，对撒肥机总体结构、工作原理与技术参数进行阐述；其次，对撒肥机行驶底盘系统与肥料抛撒系统中关键部件进行设计与选型；最后，对撒肥机工作性能、载重量、抛撒宽度以及作业效率进行检测。测试结果表明，该履带自走式撒肥机3挡可换，最大载重量为200 kg，肥料抛撒宽度为4 m，抛撒作业效率≥0.2 hm²/h。